經(jīng)典藍(lán)牙為工作于2400~2480MHz ISM 頻段的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)。與有線(xiàn)通信不同的是，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)無(wú)法避免來(lái)自空中的串?dāng)_和沖突從而具有相對(duì)的不可靠性，這是任何無(wú)線(xiàn)技術(shù)都不可避免的課題。為了減少同頻、空中干擾并提高無(wú)線(xiàn)通信的健壯性和穩(wěn)定性,，經(jīng)典藍(lán)牙跳頻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，本文主要介紹經(jīng)典藍(lán)牙跳頻技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。

1為什么要使用跳頻技術(shù)

2400~2480MHz ISM 頻段作為眾多短距無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)使用的公共資源，因此常規(guī)空中環(huán)境內(nèi)可能同時(shí)存在較多的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備，例如WiFi、ZigBee、BLE等。此外，經(jīng)典藍(lán)牙協(xié)議可以同時(shí)允許8個(gè)藍(lán)牙設(shè)備相互連接組成一個(gè)微型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)，處理在有效傳輸范圍內(nèi)多個(gè)無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備之間的相互干擾成為重大問(wèn)題，而該問(wèn)題的解決推動(dòng)了跳頻技術(shù)方案的產(chǎn)生。經(jīng)典藍(lán)牙跳頻技術(shù)定義了79個(gè)獨(dú)立且可隨機(jī)選擇的有效通信頻率，每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備都能使用其中任何一個(gè)頻率，且能有規(guī)律地隨時(shí)跳往另一個(gè)頻率。由于其跳頻時(shí)間短速度快的特性，極大降低了出現(xiàn)兩個(gè)發(fā)射器使用相同頻率的概率，且即使在特定頻率下有某些干擾，跳頻技術(shù)會(huì)使其持續(xù)影響時(shí)間變得相對(duì)較小，進(jìn)而將外界信道干擾對(duì)藍(lán)牙設(shè)備間通訊的影響降低。所以，經(jīng)典藍(lán)牙跳頻技術(shù)具有一定的獨(dú)創(chuàng)性和安全性，為多種經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)備提供了超強(qiáng)的抗干擾、抗衰落能力。

2跳頻序列類(lèi)型有哪些

經(jīng)典藍(lán)牙跳頻技術(shù)的頻率選擇方案由兩個(gè)部分組成：跳頻序列與信道選擇；

2.1跳頻序列的選擇

在經(jīng)典藍(lán)牙協(xié)議中總共定義了六種跳頻序列，其中有5種屬于基本跳頻系統(tǒng)，一種為自適應(yīng)跳頻（adaptive frequency hopping簡(jiǎn)稱(chēng)AFH）系統(tǒng)。

page hopping sequence：該序列覆蓋32個(gè)頻率是一個(gè)定義明確的周期序列，其各個(gè)頻點(diǎn)均勻分布在2.4G的79個(gè)頻率信道上。

page response hopping sequence：所覆蓋32個(gè)頻率周期序列，與page hopping sequence一一對(duì)應(yīng)。Central 和Peripheral使用不同的規(guī)則來(lái)獲得相同的序列。

inquiry hopping sequence：其覆蓋32個(gè)頻率是一個(gè)定義明確的周期序列，均勻分布在2.4G的79個(gè)頻率信道上。

inquiry response hopping sequence：該序列覆蓋32個(gè)頻率且與inquiry hopping sequence一一對(duì)應(yīng)。

basic channel hopping sequence：其周期長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在短時(shí)間間隔內(nèi)不重復(fù)使用同一信道，跳變頻率平均分布在79 MHz上。

adapted channel hopping sequence：adapted channel hopping sequence是一種源自basic channel hopping sequence的自適應(yīng)信道跳變序列，它使用與之相同的信道選擇機(jī)制，允許最大使用79個(gè)頻率，最小使用20個(gè)頻率。adapted channel hopping sequence被用來(lái)代替basic channel hopping sequence，為信道篩選之后的結(jié)果。

2.2頻道的選擇

如下圖2.1 ,RF 信道的選擇依賴(lài)于跳頻序列、UAP/LAP、時(shí)鐘等作為輸入?yún)?shù)，輸出偽隨機(jī)序列，然后映射到對(duì)應(yīng)的跳頻序列，從而完成頻率信道的選取。跳頻序列包括上述的所有序列。

圖2.1

在page, Central page response, Peripheral page response, page scan, inquiry, inquiry response and inquiry scan等過(guò)程的跳頻序列選擇時(shí)，經(jīng)典藍(lán)牙跳頻技術(shù)方案會(huì)選擇相同的32個(gè)跳頻頻道，其跨越64MHz，并以偽隨機(jī)的方式使用這些頻率信道。當(dāng)選擇basic channel hopping sequence時(shí)，會(huì)通過(guò)79個(gè)跳頻頻道構(gòu)成一個(gè)偽隨機(jī)序列，進(jìn)行頻道跳變。

圖2.2

在同一包的發(fā)送過(guò)程中，其使用的頻率信道保持不變，如下圖。

圖2.3

3AFH

AFH為adaptive frequency hopping的縮寫(xiě)，是原用于軍事和情報(bào)領(lǐng)域中的跳頻技術(shù)，后被廣泛用于藍(lán)牙通信等領(lǐng)域，用以保證通信的抗干擾性和保密性。

AFH功能的前提是可以實(shí)時(shí)識(shí)別并篩選有效頻率信道，此過(guò)程通常稱(chēng)為“信道評(píng)估”。信道評(píng)估的方式主要分為兩種：一種是通過(guò)RSSI檢測(cè)方法，即利用空閑時(shí)間RF掃描測(cè)試各個(gè)信道的占用情況，并給各個(gè)信道分類(lèi)；一種是PER 檢測(cè)方法：根據(jù)信道上通信時(shí)PER 高低確定信道的好壞。

然后通過(guò)LMP命令通知網(wǎng)絡(luò)中的成員交換AFH相關(guān)的信息。Central設(shè)備通過(guò)分類(lèi)，把信道分為好信道、壞信道、未用信道，然后把信道分類(lèi)情況通知Peripheral設(shè)備。同時(shí)，Peripheral設(shè)備把自己的掃描的環(huán)境情況通知Central設(shè)備。Central和Peripheral設(shè)備之間收集彼此的環(huán)境信息，以便確定哪些信道可用，哪些不可用，為下一步自適應(yīng)跳頻序列的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。

AFH所對(duì)應(yīng)AFH channel map的更新由Central設(shè)備所決定，當(dāng)任一設(shè)備檢測(cè)到空中環(huán)境有所變化，例如空中環(huán)境2440M的信道環(huán)境干擾突然變大以至于在此信道內(nèi)的PER較高，到達(dá)某一范圍后，會(huì)將該信道設(shè)置為不可用信道。此時(shí)Central設(shè)備會(huì)結(jié)合本地與對(duì)端設(shè)備提供的可用信道更新AFH channel map；同時(shí)，Central設(shè)備會(huì)發(fā)送LMP_SET_AFH的命令給Peripheral設(shè)備來(lái)同步最新的AFH channel map，并約定在同一時(shí)刻開(kāi)始使用新的跳頻序列。

圖3.1

圖3.2

如圖是一塊泰凌微TLSR9518開(kāi)發(fā)板，由于該芯片使用的Bluetooth stack已經(jīng)包含了AFH的跳頻功能，可以通過(guò)與耳機(jī)連接來(lái)驗(yàn)證當(dāng)前的AFH功能篩選后使用的信道；

圖3. 3 TLSR9518開(kāi)發(fā)板

下圖為與耳機(jī)連接作為Central設(shè)備時(shí)，頻譜儀以為2440MHz中心點(diǎn)抓取到的AFH功能篩選后的使用信道，此時(shí)模擬干擾源工作在2466MHz，從圖中可以看到AFH機(jī)制識(shí)別出這一干擾源，并避免使用干擾源同頻頻點(diǎn)。

圖3.4 當(dāng)前正在使用的信道

4跳頻技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前經(jīng)典藍(lán)牙跳頻技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，特別是針對(duì)數(shù)據(jù)量大，包長(zhǎng)較長(zhǎng)的音樂(lè)、電話(huà)等媒體場(chǎng)景效果顯著，為藍(lán)牙發(fā)現(xiàn)、配對(duì)、連接、傳輸?shù)榷鄠€(gè)狀態(tài)提供了穩(wěn)定健壯的技術(shù)基礎(chǔ)。基于目前泰凌微電子所支持經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)的TLSR951x和TLSR952x兩個(gè)系列的SoC芯片，泰凌微致力于軟硬件兩方面進(jìn)行跳頻技術(shù)的研究與拓展。目前所量產(chǎn)的經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)備開(kāi)發(fā)方案，包括無(wú)線(xiàn)耳機(jī)、TWS耳機(jī)、智能手表、辦公設(shè)備、汽車(chē)鑰匙等等均得益于經(jīng)典藍(lán)牙跳頻技術(shù)在可靠性、健壯性及多方面性能的保障與提升。